[发明专利]轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法及其专用设备

说明书

技术领域

本发明属于汽车轮胎性能测试技术，特别是轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试方法和该方法是用的专用设备。

背景技术

轮胎是汽车唯一接地部件，轮胎、路面与汽车底盘的匹配形成汽车各种性能，研究轮胎性能是分析汽车性能的基础。在轮胎等橡胶结构有限元分析中，橡胶超弹性本构模型的选择和材料参数的准确性对有限元分析的结果起到决定性的作用。汽车轮胎中通常含有十多种填充橡胶，由于橡胶的特征十分复杂，材料和几何特征都是非线性的。橡胶对于温度、周围介质、应变随时间的变化、载荷率和应变量等作用和影响十分敏感，橡胶的制造工艺和成分也对橡胶力学性能有显著的影响。因此，要想准确的表征橡胶的材料性能，仅仅依赖单向拉伸性能实验并不能完全描述材料包括压缩及剪切在内的所有力学行为，而必须对橡胶材料进行包括拉伸、压缩，剪切及体积实验等在内的全部基础实验。橡胶实验比较困难，对试验设备和实验环境有较高的要求，实验环节中温度、拉伸速度、橡胶硫化后停放时间等各个参数对实验结果都有较大的影响。橡胶实验目前只有简单拉伸实验有国家标准(国家标准GB/T528-1998)。为了更精确的研究轮胎力学性能，需要建立更完整的填充橡胶力学性能实验系统。

发明内容

本发明的一个目的在于提出一套完善的轮胎橡胶复杂应力状态力学性能实验系统，包括单轴拉伸试验、双轴拉伸试验、平面拉伸(纯剪切)试验在内的材料试验，其目的在于通过该系统的应用得到一组轮胎常用橡胶材料数据，并将这组数据应用到实际轮胎的数值分析中。

本发明的第二个目的是提供上述的轮胎橡胶纯剪切试验用夹具。

本发明的第三个目的是提供上述的轮胎橡胶双轴拉伸试验用夹具。

为了实现上述的第一个目的，本发明采用了以下的技术方案：

轮胎橡胶复杂应力状态力学性能测试的方法，该方法包括单轴拉伸试验、纯剪切试验、双轴拉伸试验和数据处理步骤，其中：

①纯剪切试验，采用矩形薄片试样，试样中间为工作区，两端分别预留了装夹区域，该区域两侧均粘贴铝片，通过铝片与夹具装夹；夹具一套两个，夹具通过螺栓以及夹具下部的止口来定位夹紧试样；通过电子万能试验机进行加载；试验的应力数据通过与电子万能试验机相连的数据采集系统获得，应变数据通过CCD图像采集装置获取；

②双轴拉伸试验，采用十字形试样，十字形试样先于铝片粘结，通过铝片与夹具装夹，螺栓以及夹具下部的止口保证定位并夹紧试样；夹具一套四个，每个夹持状况相同；采用二轴拉伸试验机，从两个通道同时在两个方向对试验加载，试验在四个支臂方向都有位移；同时采集两个通道的应力和应变，取平均值得到每个试样的应力应变数据；

③数据处理，纯剪切和双轴拉伸试验使用非接触式应变测量设备来记录变形，CCD图像采集装置采集到与每一应力时刻相对应的试样的当前位置的图片，运用图像处理技术对每一试样的试验照片进行处理，得到与应力相对应的应变值；即根据图像和时间关系，拉伸力和时间关系，得到应力应变曲线数据，再用回归分析程序得到光顺后的应力应变曲线。

作为优选，上述的单轴拉伸试验，采用哑铃形试样，试验步骤和要求参照国家标准GB/T528-1998的规定进行，使用电子万能试验机进行拉伸，记录试样的应力应变曲线，取同种材料不同试样的平均值，即为该材料的单轴拉伸应力应变曲线。作为再优选，在进行单轴拉伸试验时，应消除橡胶材料的Mullins效应和Payne效应。

作为优选，上述的纯剪切试验和双轴拉伸试验时清洗铝片和橡胶粘合面，保证粘合强度。

作为优选，上述的十字形试样的四个支臂的末端分别设有加厚夹持部，十字形试样中部等厚。作为再优选，十字形试样十字交叉处有倒圆角。

作为优选，上述的步骤④中所述的图像处理技术包括以下的步骤：

i、每隔一段时间自动捕捉，获得一系列变形CCD图像，同时测试机记录时间对应载荷；

ii、图象处理时需要一个参考图像，不同时间对应的CCD图像为目标图像，通过数字图象处理软件获得位移数据文件；

iii、利用Newton-Rapshon方法计算位移，需要注意在选择图像区域时选择在试样变形区域；

iv、将位移文件载入到处理软件中，选择Cauchy选项计算可以得到图像对应的应变文件，将文件内对应应变取平均值则得到图像对应应变文件。

作为再优选，上述的参考图像在大应变时需要更换，而实际应变需要最后获取得应变加上参考图像的应变。